JP2012004247A - 基板貼り合せ装置の制御方法、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板貼り合せ装置稼働率を最適化し、スループットを上げる。
【解決手段】複数の基板を保持した状態で、複数の基板を加熱して基板同士を接合するとともに接合した複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却する温度調節部を有する基板貼り合わせ装置を制御する制御方法であって、温度調節部を、複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、すでに接合された複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定してその決定を示す情報を出力する決定ステップを備える制御方法が提供される。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板貼り合せ装置の制御方法、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置に関する。

特許文献１には、回路が形成された２枚の基板を、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて、加圧及び加熱を行いながら当該２枚の基板を接合する基板接合装置が記載されている。なお、基板接合装置において、複数の加熱加圧部を有する装置構成が提案されている（特許文献２を参照）。
［特許文献１］ 特開２００９−４９０６６号公報
［特許文献２］ 特開２００９−２６７２３３号公報

しかし、基板接合の過程において、基板の加熱加圧時間及び冷却時間の違いにより、設けられた複数の加熱加圧部の全てを、加熱加圧から冷却までの基板接合の全プロセスに用いることは、装置全体のスループットを向上する観点から合理でない場合が多い。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、複数の基板を保持した状態で、複数の基板を加熱して基板同士を接合するとともに接合した複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却する温度調節部を有する基板貼り合わせ装置を制御する制御方法であって、温度調節部を、複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、すでに接合された複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定してその決定を示す情報を出力する決定ステップを備える制御方法が提供される。

本発明の第２の態様においては、複数の基板を保持する保持部、保持部に保持した複数の基板を加熱して基板同士を接合する加熱部、および、接合した複数の基板を保持部に保持した状態で第１冷却目標温度まで冷却する冷却部を有する温度調節部と、温度調節部を、複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、すでに接合された複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定して、その決定に基づいて温度調節部を制御する制御部とを備える基板貼り合わせ装置が提供される。

本発明の第３の態様においては、上記基板貼り合せ装置により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法が提供される。

本発明の第４の態様においては、上記積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一実施形態である基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。 温度調節炉２４０の構造を模式的に示す正面図である。 温度調節炉２４０の下ステージ３２０の構造を概略的に示す断面図である。 冷却室２５０の下ステージ３２０の構造を模式的に示す断面図である。 一実施形態である温度調節炉２４０の制御方法のフローチャットである。 積層半導体装置の製造方法を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態である基板貼り合せ装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合せ装置１００は、筐体１０２と、アライメント部１０４と、接合部１０６と、基板カセット１１２、１１４、１１６とを備える。アライメント部１０４および接合部１０６は、共通の筐体１０２の内部に設けられる。

基板カセット１１２、１１４、１１６は、筐体１０２の外部に、筐体１０２に対して脱着自在に装着される。基板カセット１１２、１１４、１１６は、基板貼り合せ装置１００において接合される第１基板１２２および第２基板１２３を収容する。基板カセット１１２、１１４、１１６により、複数の第１基板１２２および第２基板１２３が一括して基板貼り合せ装置１００に装填される。また、基板貼り合せ装置１００において接合された第１基板１２２および第２基板１２３が一括して回収される。

アライメント部１０４は、筐体１０２の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１２６、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８および基板取り外し部１３０と、一対のロボットアーム１３２、１３４とを備える。筐体１０２の内部は、基板貼り合せ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。アライメント部１０４は、大気中で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。

プリアライナ１２６は、高精度であるが故にステージ装置１４０の狭い調整範囲に第１基板１２２または第２基板１２３の位置が収まるように、個々の第１基板１２２または第２基板１２３の位置を仮合わせする。これにより、ステージ装置１４０が第１基板１２２および第２基板１２３の位置を確実に位置決めすることができる。

基板ホルダラック１２８は、複数の上基板ホルダ１２４および複数の下基板ホルダ１２５を収容して待機させる。上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、第１基板１２２と第２基板１２３の位置合せ過程及び接合過程において、それぞれ、第１基板１２２および第２基板１２３を保持する。

ステージ装置１４０は、貼り合せの対象である第１基板１２２と第２基板１２３における接合すべき電極同士の位置を合わせて、重ね合わせる。ステージ装置１４０を包囲して断熱壁１４５およびシャッタ１４６が設けられる。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は空調機等に連通して温度管理され、ステージ装置１４０における位置合せ精度を維持する。

ステージ装置１４０は、第１ステージ１４１と、第２ステージ１４２と、制御部１４８とを有する。第１ステージ１４１は、ステージ装置１４０の天板の下面に固定される。第１ステージ１４１の下面が真空吸着により上基板ホルダ１２４を保持する。上基板ホルダ１２４は、第１基板１２２を静電吸着により保持する。

第２ステージ１４２は、第１ステージ１４１に対向して、ステージ装置１４０の底板の上に、ＸＹＺ方向に移動可能に配置される。第２ステージ１４２は、傾斜機能を有する。第２ステージ１４２の上面が真空吸着により下基板ホルダ１２５を保持する。下基板ホルダ１２５は、第２基板１２３を静電吸着により保持する。

制御部１４８は、第２ステージ１４２の移動を制御する。制御部１４８は、第２ステージ１４２を移動させて、第１ステージ１４１に保持された第１基板１２２に対して、第２基板１２３の位置を合わせる。制御部１４８は、第２ステージ１４２を上昇させて、第１基板１２２と第２基板１２３を重ね合せることができる。その後、上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５に挟まれた第１基板１２２と第２基板１２３は、位置止め機構により仮止めされる。上基板ホルダ１２４と下基板ホルダ１２５及びそれらに挟まれた第１基板１２２と第２基板１２３の組合せを「ホルダ対」と記載することがある。

基板取り外し部１３０は、接合部１０６から搬出されたホルダ対から上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を分離して、第１基板１２２および第２基板１２３を取り出す。接合された第１基板１２２および第２基板１２３を「積層基板」と記載することがある。上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５から取り出された積層基板は、ロボットアーム１３４、１３２および第２ステージ１４２により基板カセット１１２、１１４、１１６のうちのひとつに戻されて収容される。積層基板から分離された上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５は、基板ホルダラック１２８に戻されて待機する。基板取り外し部１３０は、基板ホルダラック１２８の上方に配される。

なお、基板貼り合せ装置１００に装填される第１基板１２２および第２基板１２３は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウェハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものであってよい。また、装填された第１基板１２２および第２基板１２３が、既に複数のウェハを積層して形成された積層基板である場合もある。

一対のロボットアーム１３２、１３４のうち、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に配置されたロボットアーム１３２は、基板カセット１１２、１１４、１１６、プリアライナ１２６およびステージ装置１４０の間で第１基板１２２および第２基板１２３を搬送する。一方、基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に配置されたロボットアーム１３４は、ステージ装置１４０、基板ホルダラック１２８、基板取り外し部１３０およびロードロック室２２０の間で、第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。

ロボットアーム１３４は、基板ホルダラック１２８に対して、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５の搬入および搬出も担う。第１ステージ１４１に第１基板１２２を保持させる場合に、ロボットアーム１３４は、まず基板ホルダラック１２８から一枚の上基板ホルダ１２４を取り出して第２ステージ１４２に載置する。第２ステージ１４２は、基板カセット１１２、１１４、１１６に近い側に移動する。ロボットアーム１３２は、プリアライナ１２６からプリアライメントされた第１基板１２２を取り出して、第２ステージ１４２の上の上基板ホルダ１２４に載置して、静電吸着させる。

第２ステージ１４２は、再び基板カセット１１２、１１４、１１６から遠い側に移動する。ロボットアーム１３４は、第２ステージ１４２から第１基板１２２を静電吸着した上基板ホルダ１２４を受け取り、裏返して第１ステージ１４１に近づける。第１ステージ１４１は、真空吸着によりその上基板ホルダ１２４を保持する。

ロボットアーム１３４は、第２ステージ１４２に下基板ホルダ１２５を載置する。ロボットアーム１３２は、その上に第２基板１２３を載置して保持させる。これにより、第２ステージ１４２に保持された第２基板１２３における回路等が形成された面は、第１ステージ１４１に保持された第１基板１２２における回路等が形成された面に、対向するように配置される。

接合部１０６は、断熱壁１０８、ロードロック室２２０、ロボットアーム２３０、複数の温度調節炉２４０、冷却室２５０および制御部２８０を有する。温度調節炉２４０及び冷却室２５０は、「処理装置」と称する場合がある。断熱壁１０８は、接合部１０６を包囲して、接合部１０６の外部への熱輻射を遮断する。これにより、接合部１０６の熱がアライメント部１０４に及ぼす影響を抑制する。接合部１０６は、その内部が一定の真空状態に維持される。これにより、接合部１０６に搬入された基板の汚染及び酸化を抑えることができる。

ロボットアーム２３０は、温度調節炉２４０、冷却室２５０とロードロック室２２０との間で第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５を搬送する。

ロードロック室２２０は、アライメント部１０４と接合部１０６とを連結する。ロードロック室２２０は、アライメント部１０４側と接合部１０６側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。

第１基板１２２、第２基板１２３、上基板ホルダ１２４および下基板ホルダ１２５から構成されるホルダ対がアライメント部１０４から接合部１０６に搬入される場合、まず、アライメント部１０４側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１３４がホルダ対をロードロック室２２０に搬入する。次に、アライメント部１０４側のシャッタ２２２が閉じられ、ロードロック室２２０内部が真空に引かれる。ロードロック室２２０内部の真空度が、接合部１０６側の真空度になったら、接合部１０６側のシャッタ２２４が開かれる。

続いて、ロボットアーム２３０が、ロードロック室２２０からホルダ対を搬出して、温度調節炉２４０のいずれかに装入する。温度調節炉２４０は、ホルダ対を保持した状態で、ホルダ対を加熱および加圧して、第１基板１２２と第２基板１２３を接合して貼り合せる。温度調節炉２４０は、予め定められた温度までホルダ対を冷却する。その後、ロボットアーム２３０が、温度調節炉２４０からホルダ対を搬出して、冷却室２５０に装入して更に冷却する。

制御部２８０は、複数の温度調節炉２４０を、ホルダ対を加熱して接合させて予め定められた温度まで冷却するのに用いるか、接合された後のホルダ対を室温近傍まで冷却するのに用いるかを決定して、その決定に基づいて温度調節炉２４０を制御する。

接合部１０６からアライメント部１０４にホルダ対を搬出する場合は、アライメント部１０４から接合部１０６に搬入する場合の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、接合部１０６の内部雰囲気をアライメント部１０４側に漏らすことなく、ホルダ対を接合部１０６に搬入または搬出できる。

基板貼り合せ装置１００内の多くの領域において、上基板ホルダ１２４が第１基板１２２を保持した状態で、又は下基板ホルダ１２５が第２基板１２３を保持した状態で、ロボットアーム１３４、２３０および第２ステージ１４２により搬送される。第１基板１２２を保持した上基板ホルダ１２４又は第２基板１２３を保持した下基板ホルダ１２５が搬送される場合、ロボットアーム１３４、２３０は、真空吸着又は静電吸着により上基板ホルダ１２４又は下基板ホルダ１２５を吸着して保持する。

図２は、温度調節炉２４０の構造を模式的に示す正面図である。温度調節炉２４０は、断熱室３００と、上ステージ３１０と、下ステージ３２０と、昇降部３３０とを備える。断熱室３００は、上ステージ３１０、下ステージ３２０及び昇降部３３０を内部に収容する。

断熱室３００は、断熱材から形成される断熱壁を有する。これにより断熱室３００においてホルダ対を加熱する場合に、外部への熱輻射が遮断され、ロボットアーム等周辺に存在する装置および機器への悪影響を防ぐことができる。断熱室３００の天板に上ステージ３１０が固定される。さらに、断熱室３００の底板に昇降部３３０のベースが固定される。上ステージ３１０と下ステージ３２０によりホルダ対が加圧されるときに装置の反力により変形すること防ぐ目的で、断熱室３００は高剛性材料により形成される。

上ステージ３１０は、ホルダ対を加熱又は冷却する。昇降部３３０は、ベースに固定されたシリンダ３３４、および、そのシリンダに結合するピストン３３２を含む。ピストン３３２は、外部からの制御信号により上下昇降する。

下ステージ３２０は、ピストン３３２の上面に設置される。下ステージ３２０は、ピストン３３２と共に上下に移動することができる。下ステージ３２０は、ホルダ対を加熱又は冷却する。

図２は、ホルダ対が温度調節炉２４０に装填され、下ステージ３２０に設置された状態を示す。ホルダ対が下ステージ３２０に載置された後に、ピストン３３２が上昇すると、上ステージ３１０及び下ステージ３２０がホルダ対を挟む。

上ステージ３１０及び下ステージ３２０がホルダ対を挟んだ後に、温度調節炉２４０は、加圧制御信号に従ってピストン３３２を駆動して、上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５を介して第１基板１２２及び第２基板１２３に所定の圧力を加えて、貼り合せる。これにより第１基板１２２と第２基板１２３とが接合される。第１基板１２２及び第２基板１２３が加圧されることにより、第１基板１２２及び第２基板１２３の間に接合すべき電極同士を均一に接触させることができ、均一な接合が実現できる。

図３は、温度調節炉２４０の下ステージ３２０の構造を概略的に示す断面図である。下ステージ３２０は、トッププレート３２２と、加熱部３２４と、圧力制御部３２６とを含む。

トッププレート３２２は、ホルダ対を保持する保持部としての役割を担う。トッププレート３２２は、炭化珪素からなる円形状のプレートであ。トッププレート３２２の周縁部は、加熱部３２４にビス止めされる。

加熱部３２４は、円筒状胴体の内部に、トッププレート３２２のホルダ対を載置する面とは反対側の面に接する複数のヒータプレート４０１、４０２、４０３を備える。ヒータプレート４０１、４０２及び４０３は、トッププレート３２２が保持したホルダ対を加熱する。ヒータプレート４０１、４０２及び４０３は、伝熱性のよい素材、例えば銅等から形成される。ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、トッププレート３２２の中心を通る中心軸から放射状に形成されたフレーム４１０により支持、固定されている。

ヒータプレート４０１、４０２及び４０３の内部には、それぞれ、電熱ヒータ４０４が埋め込まれているとともに、冷却管４０７が接している。電熱ヒータ４０４には導線４０５により電力が供給される。導線４０５は、高熱に耐えられる材料、例えばセラミックにより形成されるビーズ４０６により被覆される。

ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱制御時には電熱ヒータ４０４により加熱されてその熱をトッププレート３２２へ伝達させる。また、ヒータプレート４０１、４０２、４０３は、加熱終了後の冷却制御時に、冷却管４０７により冷却される。冷却されたヒータプレート４０１、４０２、４０３は、トッププレート３２２を介して、トッププレート３２２に保持されたホルダ対を冷却する。

フレーム４１０は、複数の第１支柱部４１１及び第２支柱部４３１の一端に連結されて支持されている。そして、各々の第１支柱部４１１及び第２支柱部４３１の他端は、それぞれ第１圧力検出部４１２又は第２圧力検出部４３２に連結されている。各第１圧力検出部４１２は、第１支柱部４１１が連結される面とは反対側の面において、圧力制御部３２６の中空加圧部５０１の外側で接するように設置される。第１圧力検出部４１２は、中空加圧部５０１が第１支柱部４１１を押圧する圧力を検出する。第１圧力検出部４１２は、ロードセルであってよい。

それぞれの第２圧力検出部４３２は、第２支柱部４３１が連結される面とは反対側の面において、圧力制御部３２６の本体となる下部プレートに接して設置される。第２圧力検出部４３２は、圧力制御部３２６の本体が第２支柱部４３１を押圧する圧力を検出する。第２圧力検出部４３２は、ロードセルであってよい。

加熱部３２４の内部空間は、トッププレート３２２のホルダ対の載置面に対して平行に設置される遮熱プレート４２０により、上下に加熱空間と非加熱空間に分割される。遮熱プレート４２０は、ヒータプレート４０１、４０２、４０３によって熱せられる加熱空間の熱を、高温に弱い中空加圧部５０１、第１圧力検出部４１２等が設置される非加熱空間へできる限り伝えない機能を担う仕切り板である。遮熱プレート４２０には、第１支柱部４１１および第２支柱部４３１を貫通させる貫通孔が設けられている。すなわち、第１支柱部４１１および第２支柱部４３１は加熱空間と非加熱空間にまたがって存在する。また、遮熱プレート４２０には、導線４０５を貫通させる貫通孔も設けられている。

中空加圧部５０１は、中空の圧力制御部である。中空加圧部５０１の内部は、流体により充填されている。流体としては、空気、水、オイル等が用いられる。中空加圧部５０１は、内部に充填する流体量を、中空加圧部５０１と供給管５０３との間に設置されたバルブ５０２を制御することにより調整する。中空加圧部５０１は、内部に充填する流体量を調整することにより、内部流体の圧力を制御することができる。

中空加圧部５０１の内部流体の圧力は圧力センサ４３６によって検知され、監視される。例えば、想定される範囲を超える異常圧力を検出した場合には、加圧を停止する制御を行うことができる。

中空加圧部５０１は、ゴムシート等から形成される袋であってよい。中空加圧部５０１は、内部の流体量により膨張または収縮して、複数の第１圧力検出部４１２と接する面に対して圧力をコントロールすることができる。また、中空加圧部５０１は、複数の第１圧力検出部４１２と接する面側を変形板とし、昇降部３３０側と外周側を高剛性板として形成する箱状の形態であっても良い。このような形態であっても、内部を気密な袋状に保てば、外部から出入させる流体を制御して内圧を調整することができ、第１圧力検出部４１２と接する面に対して圧力をコントロールすることができる。特に、圧力制御部３２６が昇降部３３０から受ける圧力との関係において、バルブ５０２を介して内部に流入出させる流体量を調整すると、複数の第１圧力検出部４１２と接する面を、フラットにしたり、周縁部を凸状にしたり、中心部を凸状にコントロールすることができる。

温度調節炉２４０の上ステージ３１０は、下ステージ３２０を上下逆転させた構造を有する。ただし、上ステージ３１０は昇降しなくてよい。上ステージ３１０及び下ステージ３２０は、高精度に温度及び圧力を制御して、第１基板１２２と第２基板１２３を接合して貼り合せる。

図４は、冷却室２５０における下ステージ６２０の構造の一例を概略的に示す断面図である。冷却室２５０は、上ステージ３１０及び下ステージ３２０の構造が、図２に示す温度調節炉２４０と異なる。冷却室２５０はそれ以外図２に示す温度調節炉２４０と同じ構造を有する。

冷却室２５０は、トッププレート６２２および冷却部６２８を有する。トッププレート６２２は、ホルダ対を保持する保持部としての役割を担う。トッププレート６２２は、炭化珪素からなる円形状のプレートである。トッププレート６２２の周縁部は、冷却部６２８にビス止めされる。

冷却部６２８は、冷媒循環路６２７を有する。冷媒循環路６２７には、冷媒が循環される。これにより、冷却部６２８は、トッププレート６２２を介して、トッププレート６２２に保持されたホルダ対を冷却する。冷媒循環路６２７は、配管であってよく、溝であってもよい。冷却部６２８は、冷却速度を速くする目的で、銅等熱伝導性がよく、熱容量が大きい材料から形成される。また、冷却部６２８は、ホルダ対を冷却することに加えて当該ホルダ対をあらかじめ定められた温度内に維持する には、さらにヒータを有してもよい。

冷却室２５０は、上下ステージによりホルダ対を挟み加圧しながらホルダ対を冷却する。これによりステージとホルダ対の接触性を高めて冷却効果を高める。但し、冷却過程の圧力の大きさは、温度調節炉２４０による基板接合時の圧力より遥かに低く、例えば、１０分の１程度よく、高精度に制御しなくてもよい。よって、冷却室２５０は、圧力制御部３２６ように制御性の高い加圧機構を有しなくてよい。従って、冷却室２５０は、温度調節炉２４０より遥かに低いコストで製造できる。上記構成により冷却室２５０は、ホルダ対を保持して、専ら接合された第１基板１２２と第２基板１２３を冷却する。

図１に示す基板貼り合せ装置１００は、四つの温度調節炉２４０と、一つの冷却室２５０を有する。接合された第１基板１２２と第２基板１２３を冷却する過程において、ホルダ対の温度が室温に近づくほど、冷却速度が遅くなり冷却に時間を要する。加熱及び冷却を全て温度調節炉２４０に任せると、温度調節炉２４０の回転率が低く、基板貼り合せ装置１００全体のスループットが低くなる。そこで、少なくとも、一つの冷却室２５０を設けて、時間のかかる冷却過程を冷却室２５０に任せることにより、温度調節炉２４０の回転率を高めて、基板貼り合せ装置１００のスループットを高めることができると同時に、装置のコストを下げることができる。

例えば、第１基板１２２と第２基板１２３を接合する接合温度が４５０℃である場合に、ホルダ対は、温度調節炉２４０により４５０℃に加熱されて加圧され、保温状態で第１基板１２２と第２基板１２３が接合されてから、第２冷却目標温度２００℃に冷却される。その後、ホルダ対は、ロボットアーム２３０により温度調節炉２４０から搬出されて、冷却室２５０に投入され更に第１冷却目標温度である室温まで冷却される。冷却速度の遅い２００℃から室温までの冷却を冷却室２５０に任せることにより、温度調節炉２４０の回転率を高めて、基板貼り合せ装置１００全体のスループットを高める。ここで、ホルダ対を４５０℃に加熱して保温し、その後２００℃まで冷却する過程を「加熱過程」と言い、２００℃から室温まで冷却する過程を「冷却過程」と言う場合がある。なお、「加熱過程」には、積極的に冷却する過程を含まなくてもよい。

基板貼り合せ装置１００では基板の接合に加熱過程を要するので、少なくとも一つの温度調節炉２４０を加熱専用とする。すなわち当該一つの温度調節炉２４０は、ホルダ対を保持して、専ら接合温度４５０℃まで加熱して、第１基板１２２と第２基板１２３を接合させてその後に第２冷却目標温度２００℃まで冷却するのに用いられる。

制御部２８０は、残りの三つの温度調節炉２４０を、接合温度４５０℃までホルダ対を加熱して接合させて第２冷却目標２００℃まで冷却する加熱過程に用いるか、すでに接合されたホルダ対を第２冷却目標温度から室温まで冷却する冷却過程に用いるかについて、ホルダ対を加熱するのに要する時間とホルダ対を冷却するのに要する時間とを比較することにより決定する。例えば、制御部２８０は、加熱に要する時間の方が長い場合に二つの温度調節炉２４０を加熱過程に用い、冷却に要する時間の方が長い場合に二つの温度調節炉２４０を冷却過程に用いる。また、ホルダ対を加熱するのに要する時間に対するホルダ対を冷却するのに要する時間の比を求めて、その時間比に合わせて、温度調節炉２４０の使用目的を決定する。これにより基板接合のレシピに基づいて、温度調節炉２４０を加熱に用いるか冷却に用いるかを決定することにより、ホルダ対の処理待ち時間を減らして基板貼り合せ装置１００全体の回転効率を高めることができる。

図５は、温度調節炉２４０を制御する制御方法の一実施形態のフローチャートである。ステップＳ０１０において、新しい基板接合レシピが導入される度に、加熱および冷却の少なくとも一方に関する情報の入力を受け付ける。例えば、接合温度までの加熱速度、接合温度での保温時間、接合温度から第２冷却目標温度までの冷却速度、第２冷却目標温度から第１冷却目標温度までの冷却速度等、基板接合時の加熱及び冷却処理の条件を制御部２８０に入力する。

ステップＳ０２０において、制御部２８０は、ステップＳ０１０において入力された条件に基づいて、基板接合過程における加熱過程の所要時間と冷却過程の所要時間との時間比を計算する。例えば、接合温度４５０℃までホルダ対を加熱するのに７ｍｉｎを要し、接合温度４５０℃で加圧しながら保温する時間が５ｍｉｎであり、その後接合温度４５０℃から第２冷却目標温度２００℃まで冷却するのに３ｍｉｎがかかるとする。なお、第２冷却目標温度２００℃から第１冷却目標温度の一例である室温まで冷却するには１０ｍｉｎがかかるとする。そうすると、加熱過程の所要時間と冷却過程の所要時間との時間比は、３対２である。

ステップＳ０３０において、制御部２８０は、得られた時間比に基づいて、４５０℃までホルダ対を加熱して接合させて２００℃まで冷却するのに用いる温度調節炉２４０の数、及び接合後のホルダ対を２００℃から室温まで冷却するのに用いる温度調節炉２４０の数を決定して、どの温度調節炉２４０を加熱に使用して、どの温度調節炉２４０を冷却に使用するかも決定する。例えば、上述のように、時間比が３対２である場合に、基板貼り合せ装置１００における三つの温度調節炉２４０を加熱過程に使用し、一つの温度調節炉２４０を冷却過程に使用するとよい。これにより、加熱過程に用いる処理装置の台数と冷却過程に用いる処理装置の台数の比が３対２となり、ちょうど上述の時間比と合い、ホルダ対の処理待ち時間を減らすことができる。したがって、装置の稼働率を最大限に上げることができ、基板貼り合せ装置１００のスループットを高めることができる。

また、加熱に使用する温度調節炉２４０及び冷却に使用する温度調節炉２４０を決める方法としては、例えば、各温度調節炉２４０にＩＤ番号を付けて、ＩＤ番号の小さい順に冷却に使用する温度調節炉２４０を振り分けてよい。これに代えて、冷却室２５０に近い温度調節炉２４０を冷却に用いるように振り分けても良い。そうすると、冷却室２５０と隣の温度調節炉２４０との相互温度影響を抑えることができる。

ステップＳ０４０において、制御部２８０は、ステップＳ０３０の決定に基づいて、温度調節炉２４０を制御する。例えば、制御部２８０は、加熱過程に用いられると決めた第１の温度調節炉２４０、第２の温度調節炉２４０、第３の温度調節炉２４０で、４５０℃までホルダ対を加熱して保温しながらホルダ対を加圧して、第１基板１２２と第２基板１２３を接合した後、ホルダ対を２００℃まで冷却する。制御部２８０は、冷却過程に用いられると決めた第４の温度調節炉２４０で、基板接合後のホルダ対を２００℃から室温まで冷却する。以上の制御により、第１基板１２２と第２基板１２３が接合され、その後ホルダ対が接合部１０６からアライメント部１０４に搬出される。

図６は、積層半導体装置を製造する製造方法の概略を示す。図６に示すように、積層半導体装置は、当該積層半導体装置の機能・性能設計を行うステップＳ１１０、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ１２０、積層半導体装置の基材である基板を製造するステップＳ１３０、マスクのパターンを用いたリソグラフィを含む基板処理ステップＳ１４０、上記の基板貼り合せ装置を用いた基板貼り合せ工程等を含むデバイス組み立てステップＳ１５０、検査ステップＳ１６０等を経て製造される。なお、デバイス組み立てステップＳ１５０は、基板貼り合せ工程に続いて、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む。

図１から図５に示す実施形態において、温度調節炉２４０が四つであり、冷却室２５０が一つである基板貼り合せ装置１００の例を挙げたが、温度調節炉２４０の台数を限定するものではない。温度調節炉２４０が複数ある場合に、温度調節炉２４０を加熱過程に用いるか冷却過程に用いるかについては、加熱過程に用いる温度調節炉２４０の台数と、冷却過程に用いる温度調節炉２４０及び冷却室２５０の台数との比が、過熱過程の所要時間と冷却過程の所要時間との比に近づくように、処理装置を配分すれば、ホルダ対の処理待ち時間を減らして、基板貼り合せ装置１００全体の稼働率を高めることができ、スループットを上げることができる。また、加熱過程の処理速度及び冷却過程の処理速度を計算して、速度比の逆比により処理装置を配分してもよい。例えば、加熱過程の処理速度が４枚／ｈであり、冷却過程の処理速度が６枚／ｈである場合に、速度比が２／３で、その逆比である３／２で処理装置を配分してよい。即ち、三つの温度調節炉２４０を加熱過程に使用し、一つの温度調節炉２４０および冷却室２５０を冷却過程に使用するとよい。

また、加熱及び冷却処理の条件が変わり、図５における入力ステップＳ０１０により加熱および冷却の少なくとも一方に関する新たな情報の入力が受け付けられた場合に、制御部２８０は、ステップＳ０２０において、新たに時間比を計算して、決定ステップＳ０３０を新たに実行することにより、常に基板貼り合せ装置１００の最適稼動状態を維持する。例えば、新しいレシピにおいて、加熱過程の所要時間と冷却過程の所要時間との時間比が４対１と変更された場合、制御部２８０は、ステップＳ０３０でこれまで冷却過程に用いられた第４温度調節炉２４０も加熱過程に使用することを決定して、四つの温度調節炉２４０を加熱過程に使用し、一つの冷却室を冷却過程に使用するように処理装置を再配分することにより、ホルダ対の処理待ち時間を減らして、基板貼り合せ装置１００の最適稼動状態を維持する。

上述の実施形態において、第１基板１２２及び第２基板１２３は、接合されるまでそれぞれ上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５により保持され搬送されるが、第１基板１２２及び第２基板１２３は、上基板ホルダ１２４及び下基板ホルダ１２５を使用せず、直接搬送されてもよい。

なお、上記実施形態において、三つの温度調節炉２４０は、加熱過程に使用される温度調節炉２４０と、冷却過程に使用される温度調節炉２４０とに分けられるが、温度調節炉２４０の使用方法はこれに限られない。他の例として、三つの温度調節炉２４０のいずれか少なくとも一つが、加熱過程およびそれに引き続いた冷却過程との両方に使用されてもよい。この場合、制御部２８０は、決定ステップＳ０３０において、複数の温度調節炉２４０のいずれを加熱過程に用いて、他のいずれを冷却過程に用いるか、さらに他のいずれを加熱過程および冷却過程の両方に用いるか、を決定する。制御部２８０は、制御ステップＳ０２０４において、決定ステップＳ０３０による決定に基づいて、加熱過程用に決定された温度調節炉２４０を、複数の基板を加熱して接合させるべく制御し、冷却過程用に決定された温度調節炉２４０を、接合された複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却するべく制御し、両方の過程用に決定された温度調節炉２４０を、複数の基板を加熱して接合させてかつ接合された複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却するべく制御する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 基板貼り合せ装置、１０２ 筐体、１０４ アライメント部、１０６ 接合部、１０８ 断熱壁、１１２ 基板カセット、１１４ 基板カセット、１１６ 基板カセット、１２２ 第１基板、１２３ 第２基板、１２４ 上基板ホルダ、１２５ 下基板ホルダ、１２６ プリアライナ、１２８ 基板ホルダラック、１３０ 基板取り外し部、１３２ ロボットアーム、１３４ ロボットアーム、１４０ ステージ装置、１４１ 第１ステージ、１４２ 第２ステージ、１４５ 断熱壁、１４６ シャッタ、１４８ 制御部、２２０ ロードロック室、２２２ シャッタ、２２４ シャッタ、２３０ ロボットアーム、２４０ 温度調節炉、２５０ 冷却室、２８０ 制御部、３００ 断熱室、３１０ 上ステージ、３２０ 下ステージ、３２２ トッププレート、３２４ 加熱部、３２６ 圧力制御部、３３０ 昇降部、３３２ ピストン、３３４ シリンダ、４０１ ヒータプレート、４０２ ヒータプレート、４０３ ヒータプレート、４０４ 電熱ヒータ、４０５ 導線、４０６ ビーズ、４０７ 冷却管、４１０ フレーム、４１１ 第１支柱部、４１２ 第１圧力検出部、４２０ 遮熱プレート、４３１ 第２支柱部、４３２ 第２圧力検出部、４３６ 圧力センサ、５０１ 中空加圧部、５０２ バルブ、５０３ 供給管、６２０ 下ステージ、６２２ トッププレート、６２７ 冷媒循環路、６２８ 冷却部

Claims (14)

1. 複数の基板を保持した状態で、前記複数の基板を加熱して基板同士を接合するとともに接合した複数の基板を第１冷却目標温度まで冷却する温度調節部を有する基板貼り合わせ装置を制御する制御方法であって、
   前記温度調節部を、前記複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、または、すでに接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定してその決定を示す情報を出力する決定ステップを備える制御方法。
2. 前記決定ステップにおいて、前記複数の基板を加熱するのに要する時間と前記複数の基板を冷却するのに要する時間とを比較して、加熱に要する時間の方が長い場合に前記温度調節部を加熱に用い、冷却に要する時間の方が長い場合に前記温度調節部を冷却に用いることを決定する請求項１に記載の制御方法。
3. 前記基板貼り合わせ装置は、前記温度調節部と別個に、前記複数の基板を保持して、専ら加熱して接合させる加熱専用部、および、前記複数の基板を保持して、専ら接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却する冷却専用部をそれぞれ少なくとも一つ有する請求項１または２に記載の制御方法。
4. 前記基板貼り合わせ装置は、前記温度調節部を複数有し、
   前記決定ステップは、複数の前記温度調節部のいずれを前記複数の基板を加熱するのに用いて、かつ、他を前記複数の基板を冷却するのに用いるか、を決定する請求項１から３のいずれかに記載の制御方法。
5. 前記決定ステップにおいて、前記複数の基板を加熱するのに要する時間と前記複数の基板を冷却するのに要する時間の時間比を求めて、加熱に用いる前記複数の温度調節部の個数と冷却に用いる前記複数の温度調節部の個数の比を前記時間比に近づける請求項４に記載の制御方法。
6. 加熱および冷却の少なくとも一方に関する情報の入力を受け付ける入力ステップをさらに備え、
   前記入力ステップにより加熱および冷却の少なくとも一方に関する新たな情報の入力が受け付けられた場合に、前記決定ステップが実行される請求項１から５のいずれかに記載の制御方法。
7. 前記決定ステップによる決定に基づいて、前記温度調節部を、前記複数の基板を加熱して接合させるべく制御する、または、前記温度調節部を、接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するべく制御する制御ステップをさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の制御方法。
8. 前記制御ステップにおいて、前記温度調節部を前記複数の基板を加熱して接合させるべく制御する場合に、前記複数の基板を加熱して接合させて、その後に前記第１冷却目標温度より高い第２冷却目標温度まで冷却する請求項７に記載の制御方法。
9. 前記決定ステップは、前記温度調節部を、前記複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、すでに接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるか、または、前記複数の基板を加熱して接合させてかつ接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定する請求項１から３のいずれかに記載の制御方法。
10. 前記基板貼り合わせ装置は、前記温度調節部を複数有し、
    前記決定ステップは、複数の前記温度調節部のいずれを前記複数の基板を加熱するのに用いて、他のいずれを前記複数の基板を冷却するのに用いるか、さらに他のいずれを前記複数の基板を加熱してかつ冷却するのに用いるか、を決定する請求項９に記載の制御方法。
11. 前記決定ステップによる決定に基づいて、前記複数の基板を加熱して接合させるべく前記温度調節部を制御するステップ、接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するべく前記温度調節部を制御するステップ、または、前記複数の基板を加熱して接合させてかつ接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するべく前記温度調節部を制御するステップをさらに備える請求項９または１０に記載の制御方法。
12. 複数の基板を保持する保持部、前記保持部に保持した前記複数の基板を加熱して基板同士を接合する加熱部、および、接合した前記複数の基板を前記保持部に保持した状態で第１冷却目標温度まで冷却する冷却部を有する温度調節部と、
    前記温度調節部を、前記複数の基板を加熱して接合させるのに用いるか、すでに接合された前記複数の基板を前記第１冷却目標温度まで冷却するのに用いるかを決定して、その決定に基づいて前記温度調節部を制御する制御部と
    を備える基板貼り合わせ装置。
13. 請求項１から１１のいずれかに記載の制御方法により制御される、請求項１２に記載の基板貼り合せ装置により基板を貼り合せることを含む積層半導体装置製造方法。
14. 請求項１３に記載の積層半導体装置製造方法により製造された積層半導体装置。

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